[发明专利]基于主从空间映射的主从异构机器人通用控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于主从空间映射的主从异构机器人通用控制方法及系统。在操作者将主手和从手的各个连杆参数输入到控制系统之后，控制系统根据各个参数采用D‑H参数法和雅克比矩阵法对主从手的位置、速度以及力进行映射与转换，从而实现主手对从手的精确控制。本发明可以实现对任意自由度的主从手映射控制，实现任意主手端对任意从手端的机器人的精确位置和速度控制，以及实现从手对主手的精确力反馈，并且可以实时对系统进行安全监测，具有很强的通用性以及安全性。

技术领域

本发明属于遥操作机器人领域，涉及一种主从异构机器人的通用主从空间映射与控制方法。

背景技术

随着各类技术的不断发展，机器人已经逐渐进入到生产和生活的各个领域，比如在许多工业现场的生产线上只需要调好程序，机器人就可以自动的完成生产任务。然而，在许多的工业控制现场、化工厂、核工厂等等，由于工厂的环境复杂，并且危险性较大，考虑到工人的安全就不能采用人工的方式，而且由于现场的状况非常复杂很难实现生产过程的完全自动化，两者进行综合就产生了主从式遥操作型机器人。另外，在医学领域的微创手术机器人也是采用的遥操作机器人方式，通过这种主从式的控制方式可以使手术的操作更加的精确、效果更好。

遥操作机器人主要采用主从式的操作方法，包括主手端机器人以及从手端机器人两个部分，根本思想是通过检测主手的各个关节的运动角度，来实现对从手端机器人的控制。由于从手端机器人的运动对于整个生产过程的安全性以及精确性都具有很大的影响，所以从手端的机器人需要准确的检测到主手端的控制信号，并且根据主手端的控制信号进行相应的动作。主手端的机器人的位置以及速度信号主要是通过各个关节的编码器来获得其相应转动的角度信息，然后传送到控制器中，最后在经过相应的计算，通过控制器发送相应的信号到从手端机器人，从而控制从手端机器人的运动，完成工业生产或者微创手术等操作。

对于主从手机器人的控制方式，主要存在主从同构型控制方式与主从异构型控制方式两种。由于主从同构型的控制方式要求主手端机器人与从手端机器人的结构形式相同，所以主从同构式操作机器人的适用范围较小；目前存在较多的都是主从手端含有不同结构的机器人，所以一般应采用主从异构型控制方式来实现主手端对从手端的控制。据调查，目前存在的主从异构式控制方法通常只适用于某一种主从类型的机器人，当采用其他类型的主手端机器人或者从手端机器人时，机器人就不能很好的工作，不能达到机器人预期的效果。

发明内容

本发明为了克服现有技术的不足，提供一种适用于任意主从异构型遥操作机器人的基于主从空间映射的主从异构机器人通用控制方法及系统，该方法可以对任意自由度的主手端机器人以及从手端机器人进行空间位置、速度以及力的映射计算，通过主手端机器人位置和速度的识别来实现对从手端机器人位置和速度的精确控制以及实现从手端机器人对主手端机器人的力反馈。

为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种基于主从空间映射的主从异构机器人通用控制方法，该控制方法包括以下步骤：

1)根据主、从手端机器人参数，建立任意自由度的主手端机器人与任意自由度的从手端机器人之间的主从空间映射；

2)利用主从空间映射进行主从空间转换

将采集的主手端机器人的位置信号转化为从手端机器人运动控制信号，将运动控制信号发送到从手端机器人控制器，使从手端机器人进行运动，并且根据反馈的从手端机器人的位置信号进行闭环控制，直至从手端机器人运动达到目标位姿；运动过程中根据目标位姿控制精度要求对从手端机器人进行切换。

所述主从空间转换存在以下两种情况：

①当主手端机器人的自由度大于从手端机器人的自由度时，在满足空间位置的前提下尽量使从手端机器人的姿态接近主手端机器人的姿态；